恒压供水控制系统设计开题报告

华东交通大学理工学院

本科生毕业设计（论文）

开题报告

题目：恒压供水控制系统设计

分院：机电分院

专业：机械设计制造及其自动化

班级：07机制3班

学号：

姓名：

指导教师：

填表日期：2011 年 3 月 2 日

一、选题的依据及意义：

依据：我国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，工业自动化程度低。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象;而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时会造成能量的浪费，同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。传统调节供水压力的方式，多采用频繁启/停电机控制和水塔二次供水调节的方式，前者产生大量能耗的，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命;后者则需要大量的占地与投资。且由于是二次供水，不能保证供水质的安全与可靠性。而恒压供水系统的运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。

意义：恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。而且恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：

恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。

从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本SAMC公司，就推出了恒压供水基板，备

有“变频泵固定方式”，“变频泵循环方式”两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机(泵)的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如BA 系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。

目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。艾默生电气公司和成都希望集团(森兰变频器)也推出恒压供水专用变频器(5.5kW-22kW)，无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。

变频供水系统目前正在向集成化、维护操作简单化方向发展,在国内外，专门针对供水的变频器集成化越来越高，很多专用供水变频器集成了PLC 或PID，甚至将压力传感器也融入变频组件。同时维护操作也越来越简明显偏高，维护成本也高于国内产品。目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC 或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)，的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。

三、本课题研究内容

1、能够稳定提供8层楼房居民用水

2、当供水泵低于一定压力时报警

3、设计出供水泵到各楼层之间的检测和调节系统

4、设计出恒压控制系统各组成部分

四、本课题研究方案

1、功能及任务选取这个设计的功能就是通过设计出的供水泵到各楼层之间的

检测和调节系统以及恒压控制系统的各组成部分实现供水泵低于一定压力是

报警的功能。最终任务就是能够稳定提供8层楼房居民正常用水。

2、硬件包括报警器（可以采用声音报警等）、压力传感器（检测元件的精度直

接影响系统的控制质量。通常可以选用各种压力传感器检测管网压力。传统

的压力传感器有利用弹性元件的，如电感压力传感器、电容压力传感器等。）、

供水泵、电动机以及控制器。

3、软件可使用可编程控制器（PLC）对本控制系统进行编辑程序，实现对各硬

件系统的控制与协调，实现所要求目标。

4、通过所选的硬件和软件构造一个实用供水系统，达到低压及时报警和能够稳

定提供8层楼房居民正常用水的目的。

五、研究目标、主要特色及工作进度：

研究目标：

通过设计出恒压控制系统各组成部分和供水泵到各楼层之间的检测和调节系统，实现当供水泵低于一定压力时报警，同时能够稳定提供8层楼房居民用水目的。

工作进度：

第1周至第2周查阅相关资料撰写开题报告

内容包括通过查阅图书和参考文献找出选题的依据和意义，查询国内外供水系统技术和控制技术的发展以及趋势，明确本课题的研究内容，设计出本课题的研究方案，再次明确研究目标和安排课题研究的进度

第3周至第5周撰写设计大纲

包括绪论、摘要、系统概述、系统设计可行性分析实现、控制系统、恒压供水系统等在内的各个组成部分

第7周至第9周设计电路和控制原理

通过参考资料设计出所需电路图，选择控制器，叙述控制器原理，绘出控制原理图等。